磁共振成像的原理

      想獲得人體的體層圖像，任何成像系統(tǒng)都需要解決三方面問題：圖像信號的來源、圖像組織對比度的來源、圖像空間信息的來源。磁共振成像也同樣要解決這些問題?，F(xiàn)對磁共振成像的原理作一簡單介紹。

1.核磁共振信號的來源

      磁共振成像，是依靠核磁共振現(xiàn)象來成像的。核磁共振現(xiàn)象，是指處于靜磁場中的原子核系統(tǒng)受到一定頻率的電磁波作用時，將在他們的磁能級間產(chǎn)生共振躍遷。

      上述過程，是原子核與磁場發(fā)生的共振，所以稱為核磁共振，因為“核”字涉嫌核輻射，所以業(yè)內(nèi)將其改稱為磁共振。

      氫原子是人體中含量最多的元素，它的核只有一個質(zhì)子，是最活躍、最易受磁場影響的原子核。所以磁共振成像采集的是氫原子核的信號。業(yè)內(nèi)常把氫原子核簡稱為質(zhì)子。

      核磁共振現(xiàn)象是一個無法直觀觀察的現(xiàn)象，理解起來較為抽象，在此只作簡要解釋。

      所有的原子核都在不停地自旋。含有單數(shù)質(zhì)子的原子核，自旋時產(chǎn)生磁場，也就是核磁，因它有大小有方向，我們稱它具有自旋磁。

      加入外來磁場后，原子核的磁距將圍繞外來磁場旋轉(zhuǎn)，稱為進動。進動的頻率與外來磁場的強度成正比。宏觀上看，進動的原子核的磁場與外磁場是平行的，與外來磁場同向的原子核（低能級）要多于反向的（高能級），整體上看人體將具有磁場，稱為磁化。

      當再加一個頻率與原子核進動頻率相同的旋轉(zhuǎn)磁場時，原子核的磁場方向?qū)l(fā)生旋轉(zhuǎn)，使得低能級的原子核減少、高能級的原子核增多，即躍遷。這個過程是一個吸收能量的過程，稱為激發(fā)。

      當旋轉(zhuǎn)磁場被撤消后，原子核將逐漸恢復到原始狀態(tài)，并以電磁波的形式釋放出當初吸收的能量，這個過程稱為馳豫。

      綜上所述，如果給人體施加一個外來的靜磁場，再給予一個短暫的、與質(zhì)子共振相同頻率的旋轉(zhuǎn)磁場（即射頻脈沖），之后采集電磁波信號，就可以獲得人體的磁共振信號了。

      對磁共振信號的采集過程給予一個形象的比喻，可以把質(zhì)子比喻成衛(wèi)星，我們從發(fā)射電臺發(fā)送信號，衛(wèi)星獲得信號，再重新發(fā)射出來，地面的收音機就可以收聽到節(jié)目了。

2.磁共振成像組織對比度的來源

      質(zhì)子的弛豫，是因為與周圍磁場共振而發(fā)生的。質(zhì)子受周圍分子磁場的影響而發(fā)生的弛豫，稱為自旋-晶格弛豫（縱向弛豫、T1弛豫）:質(zhì)子受其它質(zhì)磁場影響而發(fā)生的弛豫，稱為自旋-自旋弛豫（橫向弛豫、T2弛豫）。

      以T1弛豫為例，質(zhì)子周圍的分子是在不斷震動的，震動頻率與分子大小成反比。水分子非常小，震動頻率過高，無法與質(zhì)子交換能量，弛豫速度就慢；蛋白質(zhì)分子非常大，震動頻率過低，也無法與質(zhì)子交換能量，弛豫速度也慢，但快于水；脂肪的震動頻率與質(zhì)子的共振頻率接近，所以脂肪的弛豫速度最快。弛豫速度越快，采集到的信號就越強。由于不同組織含有上述三種成分的比重不同，它們之間就會出現(xiàn)信號對比。